飞机舵机电动负载模拟器是一种在实验室条件下模拟舵机在飞机飞行时所受空气铰链力矩的半实物地面仿真测试设备,用于验证空气载荷作用下舵机的静、动态性能指标。作为一种被动式力伺服控制系统,由于舵机会受到位置指令信号控制进行主动运动,从而产生多余力矩,给系统带来强运动扰动,严重影响系统加载性能。此外,传动机构中的摩擦及外部扰动以非线性干扰力矩形式存在,也会对系统输出造成不利影响。因此,如何最大程度地抑制多余力矩、减少摩擦及外部扰动对系统性能的影响,实现对舵机在工作过程中所受真实铰链力矩的模拟任务,已成为急需深入研究的课题。本文在国内外研究现状的基础上,首先设计了以无刷直流电机为主要执行机构的飞机舵机电动负载模拟器整体结构,并给定了主要系统性能指标。其次,根据元件的电气特性,结合Lu Gre摩擦模型,重建了非线性系统数学模型。并且对系统力矩输出组成成分进行了分析,明确舵机位置、摩擦及外部扰动带来的干扰力矩输出。接着,进行了传统鲸鱼优化算法的改进研究,通过引入Skew Tent混沌映射、动态搜索因子,构建小超调时间误差积分函数,设计了改进型鲸鱼优化算法,从而提高了算法的种群多样性、搜索效率以及寻优结果可靠性。然后,提出了一种基于电机速度环和加载力矩环的双环复合控制器设计方法。一方面,在电机速度环控制器中,建立了非线性干扰观测器和摩擦观测器获得扰动控制补偿量,并利用改进型鲸鱼优化算法设计了一种参数自整定的零基准自抗扰控制器,从而有效改善了电机速度环控制品质。另一方面,在加载力矩环控制器中,设计了一种新趋近律,并通过数学推导证明了新趋近律可以改善滑模抖振现象、缩短收敛时间,基于此采用反演法设计了滑模控制器,从而优化了加载力矩环控制品质。最后,在Matlab/Simulink平台进行了仿真实验,结果表明双环复合控制器能够有效抑制多余力矩、减轻摩擦及外部扰动影响,对系统加载性能具有显著提升作用。